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I trasformatori in olio devono affrontare costanti minacce interne che rimangono invisibili dall'esterno: l'evoluzione del gas a causa della rottura dell'isolamento, lo stress termico sugli avvolgimenti, l'accumulo di pressione durante i guasti e l'infiltrazione di umidità attraverso i cicli di respirazione. Gli accessori di protezione - relè di Buchholz, dispositivo di scarico della pressione, indicatori di temperatura e sfiatatoio in gel di silice - fungono da sistema sensoriale del trasformatore, rilevando le anomalie prima che si verifichino guasti catastrofici.
Dal punto di vista dell'approvvigionamento, questi accessori rappresentano meno del 5% del costo totale del trasformatore, ma determinano se un guasto in via di sviluppo diventa un evento di manutenzione programmata o una perdita completa dell'asset. Nella nostra esperienza di messa in servizio di oltre 200 trasformatori in bagno d'olio in sottostazioni industriali, gli accessori specificati in modo appropriato hanno sempre fornito una segnalazione precoce dei problemi interni, spesso rilevando i problemi giorni o settimane prima della risposta degli altri sistemi di protezione.
Quando si valuta trasformatori di distribuzione di potenza, Ogni accessorio viene trattato come un elemento di specifica distinto che richiede una verifica, piuttosto che come un componente aggiuntivo intercambiabile. Le sezioni che seguono esaminano ciascun dispositivo dal punto di vista dell'acquirente, esaminando i principi di funzionamento, i parametri delle specifiche e gli indicatori di qualità che distinguono le apparecchiature affidabili dai prodotti di base.
Il relè Buchholz è un dispositivo di protezione ad azione gassosa installato nel tubo che collega il serbatoio principale di un trasformatore al suo conservatore. Rileva i guasti incipienti attraverso l'accumulo di gas e l'analisi delle sovratensioni di olio, due fenomeni fisici distinti che indicano diverse gravità di guasto.
Il principio di funzionamento si basa sulla chimica fondamentale: i guasti interni decompongono l'olio del trasformatore e l'isolamento in cellulosa in gas. A temperature superiori a 300°C, l'olio si decompone in idrogeno, metano, acetilene e altri idrocarburi. I guasti minori, come le scariche parziali o il surriscaldamento locale, producono gas a una velocità di 50-100 cm³/ora. I guasti gravi generano volumi di gas esplosivi che spostano l'olio a velocità superiori a 0,7 m/s.
Meccanismo di protezione a due stadi
L'alloggiamento del relè contiene due elementi a galleggiante che svolgono funzioni distinte:
Il galleggiante superiore risponde all'accumulo graduale di gas. Quando i gas di guasto si raccolgono nella camera del relè e il livello dell'olio si abbassa, il galleggiante si inclina per attivare un contatto di allarme. Questo stadio si attiva in genere quando il gas accumulato raggiunge i 100-250 cm³, fornendo ore o giorni di preavviso prima che si verifichino danni gravi.
L'elemento inferiore, uno sportello incernierato o una benna, rileva il rapido spostamento dell'olio in caso di guasti gravi. Quando l'arco interno crea un'improvvisa generazione di gas, l'ondata di olio che ne deriva devia questo elemento entro 50-100 millisecondi, innescando segnali di intervento immediato degli interruttori.
Lista di controllo delle specifiche per gli acquirenti
| Parametro | Valori tipici | Punto di verifica |
|---|---|---|
| Collegamento al tubo | DN50 / DN80 / DN100 | Deve corrispondere al diametro del tubo del conservatore |
| Valutazione dei contatti di allarme | 250 V CA, 0,5 A | Verificare la compatibilità dell'ingresso del pannello relè |
| Valutazione dei contatti di intervento | 250 V CA, 1,0 A | Confermare i requisiti del circuito di intervento dell'interruttore |
| Velocità di intervento del flusso d'olio | 0,7-1,2 m/s | Adeguato al valore nominale MVA del trasformatore |
| Volume di raccolta del gas | 200-300 cm³ | Sufficiente per il campionamento dell'analisi dei gas disciolti |
| Pulsante di prova | Incluso | Essenziale per la verifica della messa in servizio |
Le osservazioni sul campo di impianti minerari e petrolchimici rivelano che la funzione di allarme rileva circa 70% di guasti incipienti prima di un guasto catastrofico. La funzione di intervento fornisce una protezione di riserva per gli eventi ad alta energia che producono una generazione immediata di gas.
[Approfondimento esperto: Installazione relè Buchholz]
- Il tubo di montaggio deve mantenere una pendenza di 1,5-3% verso il conservatore per una corretta migrazione del gas.
- Il rubinetto di campionamento del gas consente l'analisi dei gas disciolti senza rimuovere il relè
- I falsi interventi sono spesso dovuti all'aria intrappolata durante il riempimento dell'olio o a un'angolazione di montaggio non corretta.
- Gli interruttori a mercurio nei relè più vecchi richiedono la verifica del livello; i moderni interruttori reed sono tolleranti alla posizione
Quando guasti catastrofici generano una rapida evoluzione del gas all'interno di un serbatoio del trasformatore, la pressione aumenta pericolosamente in pochi millisecondi. Il dispositivo di scarico della pressione (PRD) fornisce una protezione meccanica indipendente dai sistemi elettrici, in quanto evita che i gas si sprigionino prima che si verifichi la rottura del serbatoio.
PRD vs. relè a pressione improvvisa
Due dispositivi distinti affrontano le condizioni di sovrapressione:
La valvola PRD utilizza una membrana caricata a molla che si apre alla pressione prestabilita, tipicamente 50-70 kPa sopra l'atmosfera. Quando viene attivata, rilascia fisicamente olio e gas nell'atmosfera, quindi si richiude automaticamente (tipo autosigillante) o rimane aperta (tipo a disco frangibile). Il tempo di risposta è inferiore a 50 millisecondi.
Il relè di pressione improvvisa (SPR) è un dispositivo elettrico che rileva il tasso di aumento della pressione piuttosto che la pressione assoluta. Invia segnali di intervento agli interruttori, ma non scarica fisicamente la pressione. Molte specifiche richiedono entrambi: SPR per l'intervento elettrico rapido, PRD per lo sfiato meccanico.
Considerazioni sul montaggio e sul dimensionamento
I PRD si montano sul coperchio del serbatoio o sulla parete laterale superiore, con la porta di scarico orientata lontano dalle passerelle del personale. Le dimensioni sono correlate alla potenza MVA del trasformatore e al volume dell'olio: le unità più grandi richiedono una maggiore capacità di sfiato per evitare che l'accumulo di pressione superi i limiti strutturali.
Prima della spedizione, verificare che la foratura di fabbrica corrisponda allo schema della flangia del PRD. Le installazioni di retrofit spesso richiedono piastre di adattamento personalizzate quando si sostituiscono PRD di produttori diversi.
Indicatori di qualità dell'acquirente
Gli avvolgimenti dei trasformatori funzionano in modo significativamente più caldo rispetto all'olio circostante. L'indicatore di temperatura dell'olio (OTI) misura direttamente la temperatura dell'olio superiore, mentre l'indicatore di temperatura dell'avvolgimento (WTI) stima la temperatura più calda dell'avvolgimento utilizzando un metodo di simulazione termica. Entrambe le misurazioni sono essenziali: basandosi solo sull'OTI si sottostima l'effettivo stress dell'isolamento di 15-30°C sotto carico.
Perché entrambi gli indicatori sono importanti
L'OTI fornisce una misurazione diretta attraverso una tasca termometrica nella parete del serbatoio, leggendo la temperatura dell'olio vicino alla parte superiore del serbatoio. Questo valore riflette le prestazioni del sistema di raffreddamento e le condizioni ambientali, ma non indica l'effettivo stress termico dell'avvolgimento.
WTI colma questa lacuna grazie al principio dell'immagine termica. Un trasformatore di corrente fornisce una corrente ridotta a un resistore di riscaldamento montato all'interno della tasca del termometro WTI. Questo riscaldatore aggiunge un aumento di temperatura proporzionale alle perdite I²R nell'avvolgimento, facendo sì che la lettura WTI approssimi la temperatura del punto più caldo senza richiedere un sensore incorporato nella bobina stessa.
Calibrazione dell'immagine termica
L'accuratezza delle letture WTI richiede una corretta calibrazione durante la progettazione del trasformatore:
La documentazione di fabbrica dovrebbe specificare questi parametri. La ricalibrazione sul campo è possibile, ma richiede una conoscenza dettagliata della progettazione termica del trasformatore.
Impostazione delle soglie di allarme e di intervento
I setpoint di temperatura dipendono dalla classe di isolamento e dal metodo di raffreddamento. Per l'isolamento standard di Classe A (limite termico 105°C) in un sistema di raffreddamento ONAN unità di trasformazione in olio:
| Indicatore | Impostazione dell'allarme | Impostazione del viaggio | Monitoraggio Obiettivo |
|---|---|---|---|
| OTI | 85°C | 95°C | Temperatura del top-oil |
| WTI | 105°C | 120°C | Punto più caldo simulato |
Questi valori sono in linea con le linee guida per il carico termico di IEEE C57.91. Le impostazioni effettive di fabbrica possono differire in base al progetto specifico del trasformatore; verificare la documentazione prima di dare tensione.
[Expert Insight: Manutenzione dell'indicatore di temperatura]
- I tubi capillari che collegano gli indicatori montati a distanza sono fragili: allontanateli dalle aree di traffico.
- Verifica annuale della calibrazione con riferimento di temperatura portatile raccomandato per le unità critiche
- Le letture WTI possono ritardare la temperatura effettiva dell'avvolgimento durante i rapidi cambiamenti di carico a causa della massa termica.
- Gli indicatori digitali multicanale possono consolidare entrambe le misure con setpoint programmabili
L'olio del trasformatore si espande e si contrae con le variazioni di temperatura, facendo “respirare” il conservatore attraverso il gruppo di sfiato. Senza la rimozione dell'umidità, ogni ciclo di respirazione introduce aria umida che degrada la rigidità dielettrica dell'olio e accelera l'invecchiamento dell'isolamento in cellulosa.
Come lo sfiatatoio protegge l'integrità dell'olio
L'aria in entrata passa attraverso una camera riempita di gel di silice, una forma porosa di biossido di silicio con un'elevata affinità per il vapore acqueo. Il gel assorbe l'umidità prima che l'aria raggiunga lo spazio aereo del conservatore, mantenendo il contenuto di umidità dell'olio al di sotto delle soglie critiche. Secondo Norme sui trasformatori IEC 60076, L'umidità nell'olio riduce significativamente la tensione di rottura dielettrica e accorcia la durata dell'isolamento.
Tra i progetti alternativi vi sono conservatori ermetici con vesciche di gomma o diaframmi che eliminano completamente la respirazione atmosferica. Questi sistemi costano di più, ma offrono una protezione dall'umidità superiore per i trasformatori in ambienti umidi.
Costruzione e funzione della coppa dell'olio
Gli sfiatatoi standard sono dotati di una camera in vetro o plastica trasparente contenente cartucce di gel di silice sostituibili o rigenerabili. La coppa d'olio alla base dello sfiatatoio fornisce una barriera secondaria contro l'umidità, facendo passare le bolle d'aria attraverso una pozza poco profonda di olio pulito del trasformatore prima di raggiungere la camera del gel.
La manutenzione della coppa dell'olio è fondamentale. Una coppa vuota o contaminata consente all'aria non filtrata di bypassare il sistema. Riempire con le stesse specifiche dell'olio utilizzato nel serbatoio principale.
Criteri di selezione degli sfiatatoi
Realtà della manutenzione
Il colore del gel di silice indica lo stato di saturazione dell'umidità. Il gel fresco appare blu o arancione a seconda del tipo di indicatore; il gel saturo diventa rosa o incolore.
La frequenza di sostituzione varia notevolmente in base al clima:
La rigenerazione mediante riscaldamento del gel a 120-150°C ripristina la capacità di adsorbimento per 3-5 cicli prima che si renda necessaria la sostituzione. Documentare la storia della rigenerazione per monitorare il degrado del gel nel tempo.
Al di là delle specifiche dei singoli dispositivi, il successo della protezione dei trasformatori dipende dalla corretta integrazione tra gli accessori e il sistema di protezione più ampio.
Verifica della conformità agli standard
Richiedere la documentazione che dimostri la conformità agli standard applicabili:
Non esiste un unico standard internazionale che disciplini tutti gli accessori dei trasformatori. Alcuni produttori fanno riferimento a standard regionali o a specifiche interne, verificando che forniscano livelli di protezione equivalenti.
Cablaggio di fabbrica e compatibilità dei terminali
Confermare questi punti di integrazione prima della spedizione:
Le disposizioni incompatibili dei terminali scoperte durante la messa in servizio causano costosi ritardi e modifiche sul campo.
Ricambi e disponibilità a lungo termine
Gli accessori dei trasformatori richiedono una manutenzione periodica per un ciclo di vita di 25-30 anni. Verificare:
I componenti proprietari di linee di prodotti fuori produzione creano problemi di manutenzione decenni dopo l'installazione.
XBRELE fornisce trasformatori di distribuzione in olio con pacchetti di accessori installati in fabbrica e testati, configurati in base alle esigenze del progetto. Le configurazioni standard includono il relè Buchholz, il dispositivo di scarico della pressione, l'indicatore della temperatura dell'avvolgimento, l'indicatore della temperatura dell'olio e lo sfiatatoio in gel di silice con coppa d'olio, il tutto corredato da documentazione di calibrazione e certificati di prova.
È disponibile un supporto ingegneristico per l'adeguamento delle specifiche degli accessori, in particolare per le installazioni con condizioni ambientali non standard o requisiti di schema di protezione. Le configurazioni personalizzate consentono il declassamento dell'altitudine, gli intervalli di temperatura estremi e la compatibilità dell'interfaccia con i sistemi di controllo della sottostazione esistenti.
Contattate il nostro team tecnico come un partner di fiducia produttore di trasformatori di distribuzione per ottenere quotazioni di trasformatori con specifiche accessorie complete, adatte ai requisiti del vostro progetto.
D: Cosa provoca un falso allarme in un relè Buchholz?
R: Le cause più comuni sono l'aria intrappolata durante il riempimento dell'olio, l'angolo di montaggio improprio del relè che supera i 3° di scostamento dall'orizzontale e le vibrazioni esterne provenienti da apparecchiature vicine. Procedure di messa in servizio corrette, tra cui l'evacuazione completa dell'aria e la verifica del montaggio, evitano la maggior parte delle false indicazioni.
D: Come faccio a sapere quando il gel di silice deve essere sostituito?
R: Monitorare l'indicatore di cambiamento di colore: il gel blu o arancione che diventa rosa o incolore segnala la saturazione dell'umidità. In climi umidi, si prevedono intervalli di sostituzione di 6-12 mesi; in ambienti aridi si possono prevedere 2-3 anni tra una sostituzione e l'altra. Sostituire quando circa due terzi del gel visibile ha cambiato colore.
D: Il WTI può funzionare senza il collegamento al trasformatore di corrente?
R: Il WTI visualizza solo la temperatura dell'olio, non la temperatura simulata del punto caldo dell'avvolgimento. Senza la corrente di riscaldamento alimentata dal TA, la funzione di immagine termica è disabilitata e le letture sottostimano la temperatura effettiva dell'avvolgimento di 15-30°C in condizioni di carico. Ciò vanifica lo scopo del monitoraggio della temperatura dell'avvolgimento.
D: Qual è la durata tipica degli accessori per trasformatori?
R: I relè e gli indicatori di temperatura Buchholz durano in genere 20-25 anni con una verifica periodica della calibrazione. Le guarnizioni PRD possono richiedere la sostituzione ogni 10-15 anni a seconda del degrado del materiale. I respiratori in gel di silice devono essere sostituiti in base alla saturazione piuttosto che al calendario.
D: Devo specificare i PRD a disco autosigillante o a disco frangibile?
R: I PRD autosigillanti consentono la rienergizzazione del trasformatore dopo piccoli eventi di sovrapressione a seguito di un'ispezione. I tipi a disco frangibile devono essere sostituiti dopo qualsiasi attivazione, ma garantiscono un'apertura più affidabile con impostazioni di pressione precise. Le sottostazioni critiche spesso scelgono i tipi autosigillanti per ridurre al minimo la durata delle interruzioni.
D: I valori nominali dei contatti degli accessori sono standardizzati tra i vari produttori?
R: La tensione e la corrente nominale dei contatti variano a seconda del produttore e del modello. I valori nominali comuni includono 250 V CA a 0,5-1,0 A per i contatti di allarme e 250 V CA a 1,0-2,0 A per i contatti di scatto. Prima di procedere all'acquisto, verificare sempre che i valori nominali corrispondano alle specifiche di ingresso del pannello relè, per evitare l'incompatibilità dell'interfaccia.
D: Come posso verificare la qualità degli accessori quando confronto le offerte?
R: Richiedete i certificati di prova del tipo in fabbrica, le certificazioni dei materiali per i componenti bagnati dall'olio e la documentazione di calibrazione con tracciabilità secondo gli standard metrologici nazionali. I fornitori che non sono in grado di fornire questa documentazione potrebbero offrire prodotti non certificati o contraffatti che compromettono l'affidabilità della protezione.
